Солнечная батарея из перовскита с полностью напечатанным углеродным электродом достигает КПД 19,2%
Немецкие ученые изготовили перовскитовый солнечный элемент с углеродным электродом, в котором вместо обычного дырочного транспортного слоя использован бислой из органических полупроводников. По их утверждению, такой подход позволяет повысить коэффициент заполнения и напряжение разомкнутой цепи устройства.
Исследователи из Германии попытались улучшить характеристики перовскитовых солнечных элементов с углеродными электродами за счет использования вместо обычного дырочного транспортного слоя (HTL) бислоя из органических полупроводников, что, по их мнению, позволяет повысить коэффициент заполнения и напряжение разомкнутой цепи.
Они пояснили, что замена дорогостоящих золота, серебра и меди на углерод в перовскитовых солнечных элементах обычно приводит к снижению эффективности и нарушению стабильности по сравнению с эталонными устройствами. «Для печатаемых ячеек мы стремимся в конечном итоге перенести эту технологию на линию производства рулонных материалов», — сообщил журналу pv Тиан Ду (Tian Du), соответствующий соавтор, отметив, что следующими шагами на пути к коммерциализации будет изготовление мини солнечного модуля на стеклянной подложке, затем мини солнечного модуля на гибкой подложке, а затем переход к производству рулонных материалов.
Немецкая команда создала ячейку с подложкой из стекла и оксида индия-олова (ITO), электронно-транспортным слоем (ЭТС) на основе оксида олова(IV) (SnO2), перовскитовым поглотителем, бислоем для переноса дырок (HTbl) и углеродным контактом. «Конфигурация HTbL формирует энергетический каскад на границе раздела, при этом внешний HTL 2 усиливает омический контакт с углеродом, а внутренний HTL 1 уменьшает поверхностную рекомбинацию.
рекомбинации перовскита», — поясняется в статье.
В качестве поглотителя использовался смешанный катионный перовскит, известный как (FAPbI3)0,93 (MAPbBr 3)0,07. Эти два слоя были нанесены последовательным лезвийным способом, который, по их мнению, позволяет максимизировать инжекцию/экстракцию дырок на границе раздела электродов и минимизировать поверхностную рекомбинацию слоев перовскита.
Испытания устройства в стандартных условиях освещенности показали, что эффективность преобразования энергии составляет 19,2%, напряжение разомкнутой цепи — 1,11 В, ток короткого замыкания — 23,7 А, коэффициент заполнения — 76%. Для сравнения, в эталонном элементе с одним дырочным транспортным слоем КПД составил 17,3%, напряжение разомкнутой цепи — 1,06 В, ток короткого замыкания — 23,3 А, коэффициент заполнения — 76%.
Ячейка на основе бислоя также показала стабильную работу в течение 2500 ч при температуре 65 С в среде азота.
Работа ячейки описана в исследовании «Efficient, stable, and fully printed carbon-electrode perovskite solar cells enabled by hole-transporting bilayers», опубликованном в журнале Joule. В состав исследовательской группы входят ученые из Института материалов для электроники и энергетических технологий (i-MEET) и Института микро- и наноструктурных исследований и Центра наноанализа и электронной микроскопии (CENEM).
«Наши результаты показывают, что углеродные электроды могут значительно повысить внутреннюю стабильность перовскитового солнечного элемента без специальных межфазных модификаций», — заключили они.